一种含下承索的矮塔斜拉桥的构造及施工方法

本发明涉及桥梁工程结构，尤其涉及一种含下承索的矮塔斜拉桥的构造及施工方法。

背景技术：

1、矮塔斜拉桥是介于连续梁桥与传统斜拉桥之间的一种组合体系桥梁，兼具两者的优点，具有造型美观、经济性好、结构性能优越等特点，尤其适用于100m至300m的跨径范围。

2、现有混凝土主梁矮塔斜拉桥体系主要存在以下问题：

3、（1）主梁易产生下挠。 现有的混凝土主梁矮塔斜拉桥是斜拉桥与梁式桥的组合体系，其跨中通常设置有较长的无索区段。为抵抗该区域的正弯矩，需要配置较多的预应力筋。然而，在长期运营过程中，受混凝土收缩徐变等因素的影响，主梁跨中仍不可避免地存在持续下挠的安全隐患。传统解决方式主要依靠增加预应力筋数量或增大主梁截面尺寸，但这会导致结构自重增加、经济性下降。

4、（2）现有张弦式连续索方案存在换索困难的问题。 已有少量文献和专利提出了采用张弦式连续索的矮塔斜拉桥方案。在该类方案中，拉索被撑杆和锚固点多重约束，形成连续跨越的索系；在长期运营过程中，拉索不可避免地会出现疲劳、腐蚀等损伤，需要进行更换，但由于撑杆和多重锚固点的存在，拉索的拆卸和更换操作空间极为狭小，施工复杂，且难以实现单根拉索的独立更换，大幅增加了后期运维成本和难度。

5、针对上述问题，本发明提出了新型的含下承索的矮塔斜拉桥体系，采用矮塔斜拉桥和水平下承索相结合，具有受力合理、换索方便、减少跨中挠度、减少预应力筋数量等优点。

技术实现思路

1、本发明意在提供一种含下承索的矮塔斜拉桥的构造及施工方法，以解决现阶段矮塔斜拉桥主梁下挠以及不便于换索的问题。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种含下承索的矮塔斜拉桥，包括主梁与索塔，还包括：

4、钢锚箱，设置在主梁下方，其顶部通过若干可拆卸式螺栓与主梁底部固定连接，钢锚箱内分别设置有第一锚具与第二锚具；

5、斜拉索，其一端锚固在索塔上，斜拉索另一端穿过主梁的穿索位置后伸入钢锚箱内部，且通过第一锚具固定在钢锚箱内的锚固板上；

6、水平下承索，其两端通过第二锚具分别锚固在桥跨两端的钢锚箱内的锚固板上，且水平下承索位于主梁底部跨中区域；

7、索鞍，设置在主梁下方，通过可拆卸式螺栓与主梁的底部固定连接，水平下承索的中部区段穿过索鞍。

8、进一步地，钢锚箱为半封闭的箱形钢结构，其内部设有独立的拉索锚固区，用于固定一根或多根斜拉索的端部，钢锚箱侧面设有可开闭的操作口。

9、进一步地，索鞍底部设置有圆弧形承压槽，水平下承索穿过圆弧形承压槽。

10、进一步地，索鞍的圆弧形承压槽内设有夹持件，水平下承索通过夹持件相对于索鞍固定设置。

11、进一步地，可拆卸式螺栓上设有螺母，通过调节螺母可改变索鞍与主梁底部之间的间隙。

12、本发明还提供一种含下承索的矮塔斜拉桥的施工方法，包括以下步骤：

13、s1、完成桩基、承台及桥墩施工，分段施工索塔；

14、s2、采用平衡悬臂法从索塔向两侧对称施工主梁，并在主梁节段施工过程中逐段挂设并张拉对应的斜拉索，斜拉索的上端锚固于索塔，下端穿过主梁节段预设的穿索孔；

15、s3、在主梁施工至预定节段，吊装钢锚箱至主梁下方指定位置，通过可拆卸式螺栓将钢锚箱顶部与主梁底部固定连接，并将斜拉索下端引入钢锚箱内部，通过第一锚具临时锚固于钢锚箱内的锚固板上；

16、s4、继续施工剩余主梁节段并完成合龙；

17、s5、在主梁全部合龙后，对斜拉索进行全桥索力调整并实施永久锁定，吊装索鞍至主梁下方设计位置，通过可拆卸式螺栓将索鞍与主梁底部固定连接；

18、s6、铺设水平下承索，水平下承索的中部区段穿过索鞍，将水平下承索的两端通过第二锚具分别锚固于桥跨两端的钢锚箱内的锚固板上，并对水平下承索施加张拉力，完成施工。

19、进一步地，步骤s3中，钢锚箱安装前，斜拉索的下端预先穿出主梁底面的穿索孔并临时固定；钢锚箱安装就位后，解除临时固定，将斜拉索下端引入钢锚箱内部并通过第一锚具临时锚固于锚固板，待主梁合龙且全桥索力调整完毕后再实施永久锁定。

20、进一步地，步骤s5中，通过调节可拆卸式螺栓上的螺母，调整索鞍与主梁底部的间隙。

21、进一步地，步骤s6中，水平下承索张拉完成后，通过索鞍底部承压槽内的夹持件将水平下承索与索鞍相对固定。

22、技术方案的原理及有益效果是：

23、1、采用水平下承索与主梁形成组合体系，斜拉索从桥塔锚固出发斜向下连接于主梁，穿过主梁后锚固于主梁下侧的钢锚箱，既为主梁提供竖向支承，也对主梁施加轴向力，从而改善主梁受力状态；水平下承索与主梁共同承担跨中正弯矩，水平下承索承受拉力，主梁承受压力，两者各取所长、优势互补，可大幅减少预应力筋的数量；当主梁跨中因混凝土收缩徐变或活载作用产生向下挠曲变形时，跨中索鞍竖向挤压水平下承索，使水平下承索在索鞍处形成折角，下承索张力在该折角处产生指向主梁的竖向分力，通过索鞍对主梁跨中施加向上的支承反力，形成被动自适应抗下挠机制，从而有效抑制主梁的持续下挠。

24、2、钢锚箱和索鞍均通过可拆卸式螺栓与主梁连接，而非传统的焊接或永久固结，钢锚箱为半封闭箱形钢结构，侧面设有可开闭的操作口，为拉索的更换提供了充裕的操作空间，更换拉索时无需破坏主梁结构，施工简便，大幅降低了换索难度和后期运维成本，并且钢锚箱和索鞍均可独立拆卸，不仅便于拉索更换，也便于钢锚箱和索鞍构件本身的定期检修、维护或替换。

25、3、钢锚箱和索鞍通过螺栓与主梁连接，构造清晰、传力明确，钢锚箱和索鞍的工厂预制程度高，现场安装效率高，减少了现场焊接和复杂定位作业，有利于保证工程质量并缩短施工周期。

1.一种含下承索的矮塔斜拉桥，包括主梁（1）与索塔（2），其特征在于，还包括：

2.根据权利要求1所述的一种含下承索的矮塔斜拉桥，其特征在于：所述钢锚箱（3）为半封闭的箱形钢结构，其内部设有独立的拉索锚固区，用于固定一根或多根所述斜拉索（4）的端部，所述钢锚箱（3）侧面设有可开闭的操作口。

3.根据权利要求1所述的一种含下承索的矮塔斜拉桥，其特征在于：所述索鞍（6）底部设置有圆弧形承压槽，所述水平下承索（5）穿过所述圆弧形承压槽。

4.根据权利要求3所述的一种含下承索的矮塔斜拉桥，其特征在于：所述索鞍（6）的圆弧形承压槽内设有夹持件，所述水平下承索（5）通过所述夹持件相对于所述索鞍（6）固定设置。

5.根据权利要求1所述的一种含下承索的矮塔斜拉桥，其特征在于：所述可拆卸式螺栓（7）上设有螺母，通过调节所述螺母可改变所述索鞍（6）与所述主梁（1）底部之间的间隙。

6.一种含下承索的矮塔斜拉桥的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的一种含下承索的矮塔斜拉桥的施工方法，其特征在于：所述步骤s3中，所述钢锚箱（3）安装前，所述斜拉索（4）的下端预先穿出所述主梁（1）底面的穿索孔并临时固定；所述钢锚箱（3）安装就位后，解除临时固定，将所述斜拉索（4）下端引入所述钢锚箱（3）内部并通过第一锚具（302）临时锚固于锚固板，待所述主梁（1）合龙且全桥索力调整完毕后再实施永久锁定。

8.根据权利要求6所述的一种含下承索的矮塔斜拉桥的施工方法，其特征在于：所述步骤s5中，通过调节所述可拆卸式螺栓（7）上的螺母，调整所述索鞍（6）与所述主梁（1）底部的间隙。

9.根据权利要求6所述的一种含下承索的矮塔斜拉桥的施工方法，其特征在于：所述步骤s6中，所述水平下承索（5）张拉完成后，通过所述索鞍（6）底部承压槽内的夹持件将所述水平下承索（5）与所述索鞍（6）相对固定。